基于DC/DC变换器的LED驱动电路的设计

率m′：

电感电流的下降斜率经过采样电路后转换为：

由文献[3]~[4]可知，为保证电路不发生次谐波振荡，应使m >1/2m′2 ,即：

约去R3可得：

补偿后的信号经过Q3 抬升VBE之后，产生RAMP信号，输入到PWM,与误差放大器的输出进行比较。

　2.3 误差放大器

误差放大器的作用是采样反馈电压，输出一个控制信号，然后输入到PWM 比较器中控制电流峰值的大小。LED 工作时，由于工艺偏差，每一个LED上的正向压降都不会相同，这样每一路LED电压采样点的电压大小都不会相同。为了保证每一路LED都能正常工作，电路应采样电压最低的信号输入到误差放大器中，与基准电压进行比较。本文误差放大器具有自选择功能，电路结构如图4所示。

图4 误差放大器。

由于输入对管为PMOS管，偏置电流会流向栅压最低的那一路，而栅压相对较高的其他三路便会关断，保证电路正常工作时误差放大器的反相输入端只有一个晶体管在工作。

从图4可以看到，电路为单级折叠式共源共栅结构，这种结构有很高的输出电阻，保证了电路的高电压增益。结合模拟集成电路的基本知识，可得到电路的静态增益：

其中，gm为输入差分对管的跨导，//代表电阻并联，gm14和gm35分别为晶体管MN14和MP35的跨导，ro1,ro14,ro35,ro30分别为差分输入对管和MN14,MP35,MP30的输出电阻。

本文的误差放大器只有一个主极点，在放大器的输出端，它与输出端的电阻以及电容大小有关，用p 表示其大小：

其中，C 为输出端点的电容大小，在开环状态下主要为晶体管寄生电容。

2.4 PWM 比较器

PWM 比较器将经斜坡补偿后的电流采样信号与误差放大器输出的控制信号进行比较，当电流采样电路输出的峰值信号达到控制信号的值时，PWM信号发生翻转，产生一个很窄的脉冲信号，触发功率

　3.1 误差放大器增益与相位曲线

图6所示为误差放大器的增益和相位曲线，其中，Gain和Phase分别代表开环状态下误差放大器的增益与相位。从图中可以看出，在开环状态下，误差放大器的静态增益可以达到70dB,并且3dB带宽可达到10kHz以上；还可以看出，电路只有一个主极点，所以可以有90°的相位余量。

图6 误差放大器的增益与相位。

3.2 整体电路的功能仿真

图7所示为整体电路的功能仿真结果。图中，OSC,SLOPE,CS,VEA,RAMP,PWM 分别表示振荡器输出信号、斜坡信号、电流采样信号、误差放大器输出信号、采样电路输出与斜坡信号叠加后的输出信号、PWM 比较器的输出信号。

图7 电路整体功能仿真结果。

从图7可以看到，斜坡信号产生电路在振荡器信号的控制下输出一个固定斜率的锯齿波信号SLOPE,该信号与电流采样电路输出的信号进行叠加，生成RAMP信号。电路稳定时，误差放大器输出为一个恒定值，当功率管开通时，电感电流持续增加，CS端的采样电流同步增加，RAMP信号也同步增加。当RAMP信号的值达到Vea时，PWM 比较器便会发生翻转，输出一个脉冲信号，关断功率管。

然后，电感电流开始下降，并且采样点电流消失，直至下一个工作周期，振荡器输出的时钟信号再次打开功率管。

　　4 结 论

本文设计了一种基于DC/DC变换器的LED驱动电路，包括电感电流采样电路、斜坡信号产生电路、误差放大器和PWM 比较器。采样电路采样电感上的电流信号经过放大后与斜坡补偿信号叠加，然后输出到PWM 比较器，并在误差放大器输出信号的控制下输出一个电压脉冲，控制功率管的关断。

斜坡补偿采用上斜坡补偿方式，电路结构简单，易于实现。误差放大器具有信号自动选择功能，不需要增加选择器，可大大降低功耗与版图面积。